Intervista a Madeline Lancaster

 

Madeline Lancaster

Immagine di Madeline Lancaster per TED

 

La dottoressa Madeline Lancaster (MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge), ha recentemente vinto il premio 2015 del centro britannico per lo sviluppo delle 3R. Si tratta di un’organizzazione che si occupa del benessere animale e che sponsorizza, con il contributo delle case farmaceutiche, lo sviluppo dei metodi alternativi.  La dottoressa Lancaster  ha sviluppato un organoide 3D che simula il cervello umano (mini-brain) nei primi stadi dello sviluppo embrionale.

https://www.nc3rs.org.uk/news/mini-brains-show-great-potential-replace-animals-studying-neurological-disease

Siccome si parla di mini-cervello umano, gli animalisti sono destinati ad interpretare in modo fantasioso tale definizione, totalmente convinti di vedere un piccolo cervello su un vetrino, in grado di sostituire in meglio quello degli animali da esperimento.
Così come abbiamo fatto con altri importanti scienziati, impegnati nella ricerca dei metodi alternativi per sostituire gli animali nei test biomedici, anche in questo caso abbiamo chiesto che cosa possono e non possono fare questi organoidi e come possano essere messi in relazione con la sperimentazione animale.

Anche in questo caso la traduzione è stata mantenuta più letterale possibile, anche a discapito della fluidità del discorso, per non lasciare nessuno spazio a nessuna interpretazione creativa.

Ecco la sua risposta.

“Sebbene la scienza si stia evolvendo nella direzione di modelli in vitro come organs on chip e organoidi, incluso il nostro mini-brain, credo che siamo ancora a decenni di distanza dalla completa sostituzione dei modelli animali.

Io mi posso esprimere in modo specifico sugli organoidi del cervello, nei quali mancano ancora molte importanti caratteristiche del cervello animale. Ad esempio, i mini-brains non hanno un sistema vascolare e così sono solo delle rappresentazioni minute, dei primissimi stadi, dello sviluppo del cervello embrionale.

All’inizio il cervello si sviluppa senza vasi sanguigni e di questa fase il nostro mini-brain diventa un modello piuttosto valido. Quando il sistema vascolare comincia a formarsi nel cervello embrionale (verso la fine del primo trimestre) il cervello diventa piuttosto grande e inoltre sviluppa le importanti reti neurali che rendono il nostro cervello in grado di funzionare.

Siccome il nostro mini-brain non possiede questo tipo di sistema, non è in grado di svilupparsi aldilà di questo livello e non può produrre quella grande rete neurale interconnessa che fa del cervello quello che è.
Questo significa che possiamo studiare solo i primissimi stadi di sviluppo del cervello embrionale e lo stiamo effettivamente utilizzando per rispondere alle domande biologiche di base relative a questa fase.

(A questo proposito voglio puntualizzare che non è vero che i metodi alternativi vengono rallentati – apposta – dalla richiesta di validazione. L’industria e la scienza li usano appena disponibili. La validazione si rende necessaria solamente quando questi metodi vengono utilizzati come filtro per la sperimentazione clinica e la commercializzazione di un farmaco. ndr) 

(Benché venga correntemente utilizzato) a questo stadio di sviluppo, non può fare da modello delle funzioni complesse del cervello e non può essere modello per molti degli aspetti e difetti neurologici che si sviluppano più avanti (nello sviluppo embrionale), come l’autismo, la schizofrenia, l’Alzheimer e la depressione. Noi possiamo usare il nostro sistema per osservare specifici difetti o processi che avvengono nelle singole cellule, siccome i mini-brain sviluppano un’ampia varietà di cellule cerebrali. Però il funzionamento del cervello nel suo insieme, non può essere sintetizzato in vitro. Per questo tipo di studi abbiamo ancora bisogno del modello animale.

Per ottenere una visione olistica della progressione di una malattia neurologica, abbiamo bisogno di una combinazione di entrambi i modelli, quello in vitro, come i mini-brain, insieme con gli studi animali.

La mia opinione è che questi organoidi e organ on chip, siano un valido complemento agli studi animali e che la combinazione dei due (animali in vitro), possiamo sperare che ci darà una migliore comprensione delle malattie umane, permettendo quindi la scoperta di medicinali migliori.

Nel merito dei test farmacologici, i mini-brain non sono ancora al punto in cui possono crescere abbastanza per questo scopo. Comunque, anche se potessimo farli crescere maggiormente, sarebbero ancora privi delle importanti caratteristiche del cervello che sono necessarie per il test farmacologici. Nello specifico, la barriera ematoencefalica non è presente nei mini-brain e quindi per comprendere come i farmaci possono influenzare il cervello di un paziente sarà ancora necessario sperimentare sugli animali.

Detto questo, penso che la combinazione  di sistemi in vitro come in neuroni 2D e i mini-brain 3D, possa aiutare ad identificare i candidati più promettenti tra i farmaci, che verranno poi testati sugli animali per osservare gli effetti completi e scoprire se possono effettivamente superare la barriera ematoencefalica. Questo può portare ad una riduzione degli animali utilizzati visto che possiamo probabilmente eliminare i candidati che non rispondono gli effetti desiderati negli stadi in vitro.”

 

Quindi possiamo tranquillamente affermare, senza tema di essere smentiti, che anche in questo caso, questi metodi alternativi innovativi promettono di ridurre il numero di animali utilizzati nella sperimentazione, promettono di dare risposte ad alcuni tipi di domande per cui non si può ricorrere agli animali, ma non si propongono come sostituti degli animali in tutto e per tutto.

 

Aprile 2016 by Seriously

 

Link utili.

https://www.nc3rs.org.uk/news/mini-brains-show-great-potential-replace-animals-studying-neurological-disease

http://tedxcern.web.cern.ch/speakers/madeline-lancaster

 

Per chi vuole leggerlo questo è il testo originale:

Although science is progressing with regard to in vitro models like organs on chip and organoids, including our brain organoid or mini-brain, I believe we are still decades away from complete replacement of animal models. I can specifically comment on brain organoids where we are still lacking many important features of the brain in animals. For example, mini-brains have no blood vessel system and so are minute representations of only very early stages of embryonic brain development. Early on, the brain develops without blood vessels, and so our mini-brains can model that quite well. But once vasculature begins to form in the embryonic brain (towards the end of the 1st trimester), the brain becomes quite large and further develops the important neural networks that make our brains capable of functioning.

Since we do not have this system in place in our mini-brains, they fail to develop beyond this point and fail to produce the large interconnected neural networks that make the brain what it is. All this means that we can only study the very early stages of embryonic brain development, and we are currently using it to study basic biological questions to that effect.

However, at this point, it cannot model the complex functions of the brain and cannot model many of the aspects of later neurological defects like autism, schizophrenia, alzheimer’s disease, and depression. We can use our system to look at specific defects or processes in individual cells since the mini-brains do form a wide variety of brain cell types. But functioning of the brain as a whole cannot be recapitulated in vitro at this time. For these types of studies, we still need animal models. To get a holistic view of neurological disease progression, we need a combination of both in vitro models like the mini-brain approach, and animal studies. My view is that these organoid and organ on chip approaches nicely complement animal studies and the two combined will hopefully give us better insight into human disease to allow for better drug discovery.

Regarding drug testing, the mini-brains are not at the point where they can be scaled up for drug testing. However, even if we can scale them up, they still lack many important features of the brain that would be necessary for drug testing. Most notably, the blood-brain barrier is not present in mini-brains and so understanding how drugs affect the brain in a patient will still require animal testing.

That said, I do think a combination of in vitro approaches such as 2D neurons and 3D mini-brains can help identify promising candidate drugs which can then be tested in animals to identify the full effects and whether they can actually get past the blood-brain barrier. This may lead to fewer animals being used since we can hopefully already eliminate drug candidates that fail to produce an effect at the in vitro stage.